聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐基柔性复合热电材料研究进展

热电材料可以实现热能与电能的直接转化,是一种安全环保的新型能源材料。近年来,随着可穿戴电子设备的发展,柔性热电材料成为研究人员关注的焦点。传统无机热电材料具有优异的热电性能,但由于自身固有的脆性,限制了在柔性领域的发展。聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT: PSS)具有高电导率、低热导率和良好的柔性,在柔性热电领域具有巨大的潜力。当选择合适的无机填料与PEDOT: PSS进行复合,可以得到优异的热电性能和良好的力学性能。本文综述了PEDOT: PSS基纳米复合薄膜的最新进展,并详细介绍了提高PEDOT: PSS基纳米复合薄膜热电性能的有效方法。最后,本文总结了实现高性能PEDOT: PSS基柔性热电材料的途径及面对的挑战。      

提高聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸电导率的最新研究进展

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻,近年来热电材料的研究越来越受到人们的关注。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)被认为是热电性能最好的有机热电材料之一。PEDOT∶PSS具备好的成膜性、高的透明性、优异的电导可控性以及热稳定性。系统地综述了提高PEDOT∶PSS电导率的一些物理、化学方法,探讨了其电导率增强的机理以及介绍了其目前最新的应用情况。预期未来具有高电导率和高透明性的PEDOT∶PSS薄膜材料的研究将得到突破性发展。     

还原氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸柔性透明导电薄膜的制备及表征

采用HI整体还原法将原位聚合法制备出的氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(GO/PEDOT∶PSS)复合薄膜还原成还原氧化石墨烯/PEDOT∶PSS(RGO/PEDOT∶PSS)复合薄膜。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、四探针测试仪和紫外分光光度仪等手段对所制备材料的性能进行了表征。结果表明:当RGO掺杂量为15%(质量分数)时,RGO/PEDOT∶PSS复合薄膜综合性能最优,其方块电阻为0.25kΩ/□,透光率达到85.2%(λ=550nm),同时具有优良的导电性和柔性。     

有机太阳能电池性能仿真研究

采用聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)作为有机太阳能电池阳极缓冲层,研究PEDOT∶PSS厚度对有机太阳能电池开路电压、短路电流密度、光电转化效率的影响。研究表明有机太阳能电池性能受PEDOT∶PSS厚度的制约。当PEDOT∶PSS薄膜厚度为20nm时,有机太阳能电池的光电转化效率最低;PEDOT∶PSS薄膜厚度大于20nm时,有机太阳能电池的性能随PEDOT∶PSS薄膜厚度增加而增大。     

山梨醇掺杂对PEDOT:PSS薄膜结构与性能的影响

为改善聚乙撑二氧噻吩:聚(对苯乙烯磺酸)根阴离子(PEDOT:PSS)薄膜的光学及电学性能,采用共混-旋涂法在石英玻片上制备出山梨醇掺杂的PEDOT:PSS透明导电膜.利用X射线衍射仪(XRD),傅立叶变换拉曼光谱(FT-RM),原子力显微镜(AFM),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及四点探针法对薄膜的微结构与性能进行了研究.XRD结果显示山梨醇的掺杂未改变薄膜的聚集态结构;FT-RM表明PEDOT的主要特征峰发生红移,主链结构发生苯-醌转变,分子间作用力增大,导致薄膜表面粗糙度增大,横截面出现索状条纹;薄膜透光率在600～900nm略有升高,导电性能有较大提高,最佳掺杂浓度下,薄膜电导率可达到105S/cm.     

电化学沉积法制备PEDOT/PEDOT∶PSS基柔性纳米纤维膜及其热电性能

通过静电纺丝技术制备柔性热电薄膜是一种非常可行的方法,制得的纳米纤维会随机交叉排列形成多孔结构。该结构不仅可以增强薄膜的变形能力、柔性和延展性,还可以增加纳米纤维膜中低热导率的非流动空气的含量,有利于降低纳米纤维膜的导热系数,然而目前对于静电纺丝在柔性热电领域应用的相关研究非常少。本工作通过静电纺丝技术制备了具有良好自支撑性和柔性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚对苯乙烯磺酸钠(PEDOT∶PSS)基纳米纤维膜,并结合电化学聚合法在该纳米纤维表面沉积了PEDOT导电层,得到了PEDOT/PEDOT∶PSS基热电纳米纤维膜。研究发现,聚合电位和单体浓度对热电纳米纤维膜的导电率有很大影响,最终在聚合电位为1. 5 V、单体浓度为0. 03 mol/L时,电导率和塞贝克系数分别为9. 582 S·cm~(-1)和26. 7μV·K~(-1),最优PF值可达0. 68μW·m~(-1)·K~(-2)。     

高电导率聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸复合物的制备及表征

采用聚苯乙烯磺酸作为电荷平衡掺杂剂,通过氧化3,4-乙烯二氧噻吩聚合制备聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)。采用红外光谱、X-射线衍射图谱和四探针电导率测试仪分别对其结构和导电性能进行表征。X-射线衍射图谱表明PEDOT∶PSS为半晶态结构。电导率测试结果表明聚合工艺条件对PEDOT∶PSS电导率均有显著的影响,并在最佳工艺条件下制备出电导率高达73S/cm的PEDOT∶PSS。     

聚(3,4-二氧乙撑噻吩)的制备及其热电性能研究

聚(3,4-二氧乙撑噻吩)(PEDOT)以其独特的热稳定性和较高的电导率而引起了广泛关注.首次系统研究了导电PEDOT的热电性能,主要包括电导率、Seebeck系数和热导率,详细比较了化学和电化学方法制备的PEDOT样品在热电性能上的差异.结果表明PEDOT的热电优值最大可以达到1.87×10~(-3)(T=270K),且在相同条件下,PEDOT的热电性能要高出其它有机高分子材料大概一个数量级,而且PEDOT的热电性能依然存在较大的提高潜力.     

PEDOT:PSS薄膜性能优化的研究进展EI北大核心CSCD

作为一种电极材料或电极修饰材料,PEDOT：PSS薄膜常用于有机光电器件领域的应用研究。然而,较低的电导率（≤0．8S／cm）与酸性（pH=1.5～2．5）已成为限制PEODT：PSS薄膜在上述领域进一步应用的瓶颈,因此,PEDOT：PSS薄膜性能优化正在成为一个新的研究热点。文中综述了近年来PEDOT：PSS薄膜性能优化研究的新进展,着重论述了有机物掺杂、无机物掺杂、热处理、紫外／臭氧处理、氧等离子体处理以及外加电场等多种方式对PEDOT：PSS薄膜电／光性能的优化效果及相关机理研究。同时,文章对PEDOT：PSS薄膜性能优化研究工作中存在的焦点问题亦进行了客观分析与评价,并探讨了未来研究重点。     

PEDOT:PSS/聚(丙烯酰胺-甲基丙烯酸)导电水凝胶的制备与性能

通过原位自由基溶液聚合法制备了聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)/聚(丙烯酰胺-甲基丙烯酸)(P(AAM-MAA))导电水凝胶.采用FTIR、Raman、TGA和SEM分别表征了PEDOT:PSS/P(AAM-MAA)的组成与形貌,测定了PEDOT:PSS/P(AAM-MAA)的透光率、电...     

有机太阳能电池PEDOT:PSS空穴传输层及其改性的研究进展

有机太阳能电池具有低成本、轻量化、柔性化等优点,是未来对太阳能合理有效利用的最佳方式之一.空穴传输层作为有机太阳能电池的关键组成部分,具有调节OSCs活性层与电极间的能级势垒、提高空穴载流子的收集与传输、OSCs的稳定性与光伏转换效率的作用.聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)是目前广泛使用的有机太阳能电池空穴传输层材料,具有可溶液加工、高透光性、能级匹配等突出优点,但同时也存在电导率低、腐蚀电极、水/氧敏感等缺陷.目前针对PEDOT:PSS缺陷的改性方法主要有通过使用有机溶剂或酸处理,减弱PEDOT与PSS间的相互作用,促进PEDOT与PSS相分离提高电导率,以及掺杂高导性材料、离子液体和盐等方式提高PEDOT:PSS的介电常数;引入交联剂等方式提高PEDOT:PSS的疏水性,降低吸水性倾向;PEDOT:PSS显酸性,而在PEDOT:PSS与电极间插入修饰层,可避免PEDOT:PSS与电极直接接触引起电极的腐蚀.本文综述了近年来改善PEDOT:PSS电导率、酸性以及水和空气敏感性的各种方法:掺杂、复合及补充修饰层等后处理方法.目前改性方法虽然可以克服PEDOT:PSS存在的某一缺陷,但不同后处理工艺差别巨大,工艺通用性受到限制.同时,本文还讨论了改性PEDOT:PSS与电池性能之间的关系,阐述了PEDOT:PSS的改性原则;提出在制备阶段调控PEDOT与PSS的相分离的前处理方法且该方法可以改善PEDOT:PSS膜的形貌与均匀性,亦可弥补目前的后处理方法的不足,以及改变PEDOT链的构象,来克服PEDOT:PSS低电导率、水和空气敏感、腐蚀电极等缺陷,促进基于PEDOT:PSS有机太阳能电池大面积生产工艺的产业化.     

氧化石墨烯掺杂含量对石墨烯/PEDOT:PSS复合材料电化学性能的影响

采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO),利用原位聚合法合成GO/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(GO/PEDOT∶PSS)复合材料,并使用碘化氢整体还原法生成还原氧化石墨烯(RGO)/PEDOT∶PSS复合材料,同时考察了GO掺杂量对RGO/PEDOT∶PSS复合材料电化学性能的影响。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、电化学测试等方法对所制材料进行了表征和性能测试。结果表明:GO与PEDOT∶PSS的质量比为6∶20时合成的RGO/PEDOT∶PSS复合材料具有最佳的电化学性能。     

氨基改性边缘氧化的石墨烯复合PEDOT:PSS透明热电薄膜的制备与性能研究

通过高锰酸钾和浓硫酸氧化石墨边缘，加入双氧水与氨水混合溶液进行剥层，得到边缘氧化石墨烯(EGO)。使用乙二胺对EGO进行氨基化改性，得到氨基改性的边缘氧化石墨烯(NEGO)。将NEGO与聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)水分散液混合，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基膜上涂膜，制备NEGO/PEDOT∶PSS透明热电薄膜。通过傅里叶变换红外光谱仪、显微拉曼成像光谱仪、X射线衍射仪，自制塞贝克系数测试装置、四探针测试仪等对样品进行表征。结果表明制备的NEGO能在PEDOT∶PSS酸性分散液中稳定分散，与PEDOT∶PSS有着强烈的π-π共轭作用，NEGO掺杂量为3%(质量分数)时，热电薄膜的热电效率最高，功率因子达到0.99μW/(m·K²),薄膜透光度大于80%。     

溴掺杂对PEDOT/PSS薄膜性能的影响及机理研究

为改善聚乙撑二氧噻吩∶聚（对苯乙烯磺酸）根阴离子（PEDOT/PSS）薄膜的光学及电学性能,采用共混-旋涂法在石英玻片上制备出溴掺杂的PEDOT/PSS透明导电膜,并就其掺杂导电机理进行了探讨.结果表明：经微量溴掺杂后的PEDOT/PSS薄膜,其透光性能与导电性能均得到提高;质量分数6%溴掺杂条件下,薄膜透光率为95....     

二次掺杂提高聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠电导率的研究现状

聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT/PSS)作为目前运用最为成功的导电高分子材料,能溶解在有机溶剂与水溶液中,具有高透过和热稳定性。但是其本身的电导率较低,这是由于PEDOT与PSS之间形成项链状的核壳模型。详述了导电高分子PEDOT/PSS的合成及通过掺杂提高其电导率的方法,并探究了掺杂对其核壳结构的影响。     

PEDOT∶PSS及其纳米复合材料热电性质的研究进展

近年来,随着能源危机的加剧,可以将热能与电能进行直接转换的热电材料得到了广泛的关注。在众多热电材料体系中,有机无机纳米复合热电材料具有独特优势。相比于无机材料,有机材料成本低、质量轻、机械柔韧性好、热导率较低。添加不同类型的添加材料构成纳米复合材料后,额外引入的声子-界面散射能进一步降低热导率,同时有机无机材料能带不匹配引起的载流子筛选效应进一步提升塞贝克(Seebeck)系数。因此,目前大量工作证明有机无机纳米复合热电材料有潜力获得高的热电优值(Figure of merit,ZT),在微型热电制冷器件、柔性可穿戴发电设备、温度传感器等领域均具有光明的应用前景。本文聚焦聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)热电材料及以其为基底构成的纳米复合材料热电性能的研究工作,综述了提升PEDOT∶PSS热电性能的物理方法、化学试剂改性法等。进一步重点讨论了加入不同类型的无机填料的PEDOT∶PSS基纳米复合材料热电性质的研究进展,并揭示了其热电性能提升的内在机制。     

乙二醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS导电纤维结构和性能的影响

通过湿法纺丝制备聚乙烯醇(PVA)/聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚对苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)共混纤维,为改善共混纤维的导电性能,在PVA/PEDOT∶PSS共混纺丝液中加入乙二醇,制备出掺杂不同乙二醇含量的共混纤维。探究了乙二醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和性能的影响,并分析机理。采用红外光谱、原子力显微镜、显微共聚焦激光拉曼光谱仪,高阻计和电子单纤维强力仪对共混纤维的结构和性能进行测试表征。结果表明,随着乙二醇掺杂量的增加,共混纤维电导率逐渐增加,最高达到15.9 S/cm;拉曼光谱显示乙二醇掺杂使PEDOT主链发生苯醌转变,PEDOT的主要特征峰发生红移;红外光谱显示掺杂不改变共混纤维的化学组成;原子力显微镜结果显示随着乙二醇掺杂质量分数的提高,PEDOT与过剩PSS发生相分离,共混纤维表面粗糙度增加;此外,随着乙二醇掺杂质量分数的提高,共混纤维的拉伸强度逐渐升高,断裂伸长逐渐降低。     

热定型时间对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响

将聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(对苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)水分散液混合制备纺丝液,以甲醇做为凝固剂,通过湿法纺丝及后处理工艺制备出PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。在此基础上,对共混纤维进行不同时间的热定型处理,探究热定型时间对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响。借助红外光谱分析仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、高阻计和单纤维强力仪考察共混纤维的性能。结果表明:随着热定型时间的增加,制备出的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维直径减小,随后表面出现灼烧痕迹;电导率与拉伸断裂强度均先增后降,热定型时间3min时电导率和拉伸断裂强度达到最大,分别为3.12S/cm和4.65cN/dtex;纤维拉伸断裂伸长持续降低。     

山梨醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和导电性能的影响

为改善PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的导电性能,采用湿法纺丝的方法,通过向PVA/PEDOT∶PSS混合纺丝液中添加山梨醇,制备出经山梨醇掺杂的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。采用红外光谱分析仪(FTIR),高阻计,X射线衍射仪(XRD),显微共聚焦激光拉曼光谱仪,扫描电子显微镜(SEM),电子单纤维强力仪对共混纤维的结构与性能进行测试表征。通过对比分析掺杂前后共混纤维电导率的变化,探究了山梨醇掺杂对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和导电性能的影响。结果表明,山梨醇掺杂可以改善PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的导电性能,掺杂质量分数为7%时,共混纤维电导率达到19.1S/cm。XRD结果显示,掺杂未改变PVA/PEDOT∶PSS共混纤维的结晶性能和聚集态结构;拉曼光谱显示,掺杂使得PEDOT的主要特征峰红移,PEDOT主链发生苯-醌转变;掺杂使得共混纤维的表面逐渐变得光滑;掺杂后,共混纤维的拉伸强度升高,断裂伸长降低。     

MWCNT/PEDOT复合材料的微观结构和热电性能

热电转换技术能将大量的废弃热能转换为电能以重新利用,是一种绿色能源转换技术,可以有效提高能源利用效率,缓解煤炭、石油等主要化石类能源过度开采、使用带来的能源危机及环境污染问题,因此受到科研工作者的广泛关注,是近年来的研究热点。基于此,本文以电子型导电高聚物中机能较优的聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)作为研究主体,通过化学原位氧化聚合将多壁碳纳米管(MWCNT)复合到载体中得到MWCNT/PEDOT复合材料。利用XRD、拉曼、TEM及正电子湮没寿命(PAL)等方法对MWCNT/PEDOT复合材料的形貌和微观结构进行了系统研究,研究表明:当MWCNT含量高于24.9wt%时,复合材料中出现MWCNT团聚现象,其分散性变差。同时,MWCNT/PEDOT复合材料的热电性能测试结果显示,未掺杂PEDOT的电导率仅为7.5 S·m?1,而MWCNT含量为30.1wt%时,该复合材料的电导率高达566.59 S·m?1,提高近76倍。同时,30.1wt%MWCNT/PEDOT的功率因子(814.3×10?4 μW·(m·K2)?1)相对于未掺杂PEDOT(14.5×10?4 μW·(m·K2)?1)提高约56倍,这主要是由于PEDOT分子链与MWCNT掺杂物间π-π相互作用及MWCNT的高导电性。随着MWCNT含量的增加,PAL测试结果中第一寿命成分τ₁(即正电子在材料中湮没的第一寿命成分)的下降证实了该复合材料中MWCNT与PEDOT间界面变小或者界面间相互作用减弱,导致其热导率相对于未掺杂PEDOT有一定的上升,但远远低于功率因子的升高。最终,该MWCNT/PEDOT复合材料的热电优值(即热电材料Z_T值)由0.015×10?4升至0.45×10?4,增加了约30倍。结果表明:掺杂的高电导率MWCNT能够极大地提高PEDOT类电子型导电聚合物的热电性能。